DE2720756A1

DE2720756A1 - Tube and fin heat exchanger - whose fins bear turbulence inducing ribs of specific dimension

Info

Publication number: DE2720756A1
Application number: DE19772720756
Authority: DE
Inventors: John Alexander Brecknell; David Ian Nathan
Original assignee: Serck Industries Ltd
Current assignee: Serck Industries Ltd
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1978-11-16

Abstract

The heat exchanger has its fins provided with continuous regularly spaced ribs of height (h) 0.005-0.020 inches. Pref. the ribs may be of rectangular cross section of width (W) 0.005-0.020 inches and pitch (P) 0.010-0.200 inches. The ratio (h):(W) is 0.75 to 2 and the ratio (P):(h) is 2-15. The thickness of the fin may be 0.010 inches. The ribs induce turbulence to provide high heat transfer.

Description

Sekundärer WärmeaustauscherSecondary heat exchanger

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sekundäre Oberflächenwärmeaustauscher, also auf solche Wärmeaustauscher, bei denen wenigstens ein Rohr für ein strömendes Fluid und eine Mehrzahl von Rippen vorgesehen sind, die in thermischem Kontakt mit dem Rohr stehen, während ein anderes Fluid im Betriebszustand zwischen den Rippen hindurchströmt.The present invention relates to secondary surface heat exchangers, So on those heat exchangers in which at least one pipe for a flowing Fluid and a plurality of fins are provided which are in thermal contact with stand by the pipe, while another fluid is in the operating state between the ribs flows through.

Es sind sekundäre Wärmeaustauscher der vorstehenden Gattung bekannt, bei denen die Rippen mit hervortretenden oder vertieften Flächenbereichen, z.B. Mulden oder dergleichen versehen sind, um Turbulenzen zu erzeugen und damit den Wärmeoustausch zu verbessern. Die Verbesserung des Wärmeaustausches wird jedoch mit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes für das Fluid erkauft, welches zwischen den Rippen hindurchströmt.Secondary heat exchangers of the above type are known in which the ribs have protruding or recessed areas, e.g. Wells or the like are provided to generate turbulence and thus the To improve heat exchange. However, the improvement in heat exchange will bought with an increase in the flow resistance for the fluid, which between flows through the ribs.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei derartigen Wärmeaustauschern einen hohen Wärmeübergang zu erzielen, ohne daß der Strömungswiderstand so stark erhöht wird wie bei den Wärmeaustauschern, deren Rippen mit Erhebungen und Vertiefungen versehen sind.The invention has set itself the task of such heat exchangers to achieve a high heat transfer without the flow resistance so strong is increased as with the heat exchangers, whose ribs with elevations and depressions are provided.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß jede Rippe wenigstens auf einer Seite mit in regelmäßigen Abständen angeordneten turbulenzerzeugenden Leisten versehen ist, deren Höhenabmessung zwischen 0,005 - 0,040" (Zoll) liegt.The present invention solves this problem in that each rib at least on one side with regularly spaced turbulence generators Slats are provided with a height of between 0.005-0.040 "(inches).

Die Leisten können kontinuierlich durchgehen oder an dem oder den Rohren enden.The bars can go through continuously or on one or the other Pipes end.

Die Leisten können auch nur auf einer oder auch auf beiden Seiten vorgesehen sein und eine rechteckige oder dreieckige abgerundete Form aufweisen.The strips can also be on one or both sides intended and have a rectangular or triangular rounded shape.

Die Breite jeder Rippe liegt im Bereich von 0,010" - 0,080" und der Abstand der Rippen beträgt 0,010" bis 0,400".The width of each rib is in the range of 0.010 "- 0.080" and the The spacing of the ribs is 0.010 "to 0.400".

Gemäß einer alternativen Ausführung weisen die Leisten eine sägezahnförmige Gestalt mit geneigten Flanken und senkrecht zur Rippenfläche verlaufenden Flächenbereichen auf.According to an alternative embodiment, the strips are sawtooth-shaped Shape with inclined flanks and surface areas running perpendicular to the rib surface on.

Wenn die Rippen sägezahnförmig sind, bestehen die Leisten aus den aufeinanderfolgenden geneigten Flanken, welche die ßenkrechten Flächenbereiche miteinander verbinden. Im letzteren Falle kann die Neigung der Flanken zu der Rippenebene 80 - 140 betragen.If the ribs are sawtooth, then the ridges are made up of the successive inclined flanks, which the ßenprechte surface areas with each other associate. In the latter case, the inclination of the flanks to the rib plane 80 - 140.

Die Leisten können sich quer und vorzugsweise senkrecht zu der erwarteten Strömungsrichtung um das Äußere der Rohre erstrecken.The ridges can be transverse and preferably perpendicular to the expected Extend the direction of flow around the exterior of the tubes.

In den nachstehenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.In the drawings below are exemplary embodiments of the invention illustrated.

Fig. 1 ist eine fragmentarische Aufsicht auf eine Rippe eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, Fig.2a ist ein Schnittbild längs der Linie 2 - 2 der Fig. 1 Fig.2b ist ein der Fig. 2a entsprechendes Schnittbild einer Ausführung, bei der Leisten nur auf einer Seite der Rippe angeordnet sind, Fig.3a, 3b, 4a, 4b und 5a, 5b sind den Figuren 2a und 2b entsprechende schnittbildliche Darstellungen alternativer Ausführungsformen, Fig. 6 veranschaulicht graphisch die Charakteristiken eines bekannten Wärmeaustauschers und des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers gemäß Fig. 5.Fig. 1 is a fragmentary plan view of a rib of one of the present invention Heat exchanger, Fig.2a is a sectional view along the line 2 - 2 of Fig. 1 Fig.2b Fig. 2a is a sectional view corresponding to Fig. 2a of an embodiment in which strips are arranged only on one side of the rib, Fig.3a, 3b, 4a, 4b and 5a, 5b are FIGS. 2a and 2b corresponding cross-sectional representations of alternative Embodiments, Figure 6 graphically illustrates the characteristics of a known one Heat exchanger and the invention Heat exchanger according to Fig. 5.

Bei dem in den Fig. 1 und 2a veranschaulichten Ausführungsbei spiel besteht die Rippe aus einem länglichen ebenen Metallblech 10, in welchem sich eine Reihe von Offnungen 11 befindet, durch die sich nach dem Zusammenbau des Wärmetauschers die zugeordneten Rohre erstrecken. Die Offnungen 11 und die zugeordneten Rohre sind von rechteckiger an den Kanten abgerundeter oder sonstiger, z.B. kreisförmiger Gestalt. Das Blech 10 ist mit einer Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen voneinander verlaufenden parallelen Leisten 12 auf beiden Seiten versehen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verlaufen die Leisten durchgehend, bei einer alternativen Ausführung laufen die Leisten vor den Öffnungen 11 aus.In the game Ausführungsbei illustrated in FIGS. 1 and 2a the rib consists of an elongated flat metal sheet 10, in which a Row of openings 11 is located through which, after assembly of the heat exchanger the associated tubes extend. The openings 11 and the associated tubes are of rectangular shape with rounded edges or other, e.g. circular shape. The sheet metal 10 is provided with a plurality of spaced apart from one another parallel strips 12 provided on both sides. As can be seen from Fig. 1, run the strips are continuous, in an alternative design the strips run forward the openings 11 from.

Bei der in der Fig. 2b dargestellten Gestaltung erstrecken sich die parallelen Rippen 12 nur auf einer Seit.In the design shown in FIG. 2b, the extend parallel ribs 12 only on one side.

Der AcstGnd ? der in der Fig. 1 und 2a bzw. 2b veronschaulichten Leisten betragt 0,045", die Höhe h 0,020". Jede Leiste ist von rechteckiger Form und weist eine Breite W von 0,011" auf. Die Dicke t der Rippe zwischen den Leisten liegt bei 0,010.The AcstGnd? the strips illustrated in FIGS. 1 and 2a or 2b is 0.045 ", the height h is 0.020". Each bar is rectangular in shape and points a width W of 0.011 ". The thickness t of the rib between the strips is 0.010.

Derartige Leisten können durch verschiedene Verfahren angebracht werden. So können die Rippenbleche, die ursprünglich dicker als durch die Leisten sind,auf die gewünschten Abmessungen z.B. spanabhebende Bearbeitung gebracht werden.Such strips can be attached by various methods. In this way, the ribbed sheets, which are originally thicker than the strips, can open the desired dimensions, e.g. machining, can be produced.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3a und 3b haben die Leisten eine Höhenabmessung h von 0,013" und einen Abstand P von 0i030".In the exemplary embodiments according to FIGS. 3a and 3b, the strips have a height dimension h of 0.013 "and a distance P of 0i030".

Wenn für die Rippen ein in Bezug auf die Abmessungen der Leisten sehr dünnes Material verwendet wird, was z.B. bei Leisten mit Abständen von 0,100" und Querschnittsabmessungen von 0,010" x 0,010" bei einer Blechdicke von nur 0,003" der Fall ist, kann die Rippe durch Verformung mit Leisten versehen werden, indem das Blech einfach zwischen entsprechenden Werkzeugen gewalzt oder gepresst wird.If for the ribs one in terms of the dimensions of the lasts very much thin material is used, for example with strips with a spacing of 0.100 "and Cross-sectional dimensions of 0.010 "x 0.010" with a sheet thickness of only 0.003 " is the case, the rib can be trimmed by deforming by the sheet is simply rolled or pressed between appropriate tools.

Bei den in den Fig. 4a und 4b dargestellten Ausführungen hat jede der Leisten eine sägezahnförmige Gestalt mit einem Flächenbereich 13, der senkrecht zur Rippenfläche verläuft und einer zugeordneten geneigten Flanke 14. In der Fig. 4a verlaufen die nebeneinander liegenden Leisten direkt aneinander anschließend.In the embodiments shown in FIGS. 4a and 4b, each has the strips have a sawtooth shape with a surface area 13 that is perpendicular runs to the rib surface and an associated inclined flank 14. In Fig. 4a, the strips lying next to one another run directly next to one another.

Die Höhe h der Leisten liegt im Bereich von 0,005" - 0,020", der Neigungswinkel der Flanken zwischen 80 und 140.The height h of the strips is in the range of 0.005 "- 0.020", the angle of inclination the flanks between 80 and 140.

Die Figuren 5a und 5b veranschaulichen Leisten von dreieckiger abgerundeter Form, die durch einen üblichen Pressvorgang geformt wurden. Die Breite W jeder Leiste 15 beträgt 0,040", ihre Höhe h 0,013". Die Leisten 15 erstrecken sich abwechselnd von der einen bzw. anderen Seite der Rippe unter einem Abstand P von 0,150",gemessen auf jeder Rippenseite.Figures 5a and 5b illustrate strips of triangular rounded Shape formed by a common pressing process. The width W of each bar 15 is 0.040 ", its height h 0.013". The strips 15 extend alternately from either side of the rib at a distance P of 0.150 " on each rib side.

In allen Fällen sind die Rippen so im Wärmeaustauscher angeordnet, daß sie sich quer und vorzugsweise senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluids erstrecken, das außerhalb der Rohre fließt.In all cases the fins are arranged in the heat exchanger in such a way that that they are transverse and preferably perpendicular to the direction of flow of the fluid extending outside the tubes.

Die Leisten dienen dazu, örtlich die Dicke der auf den Rippen langsam strömenden Grenzschicht zu verringern und dabei die Wärmeübergangseigenschaften der Rippen zu verbessern, ohne daß der Strömungswiderstand durch die Verbesserung des Wärmeüberganges zu sehr erhöht wird.The strips are used to locally slow the thickness of the ribs to reduce the flowing boundary layer and thereby reduce the heat transfer properties to improve the ribs without reducing the flow resistance due to the improvement the heat transfer is increased too much.

In der Fig. 6 ist die Verbesserung graphisch dargestellt, welche durch die Leistenausführung gemäß Fig. 5 gegenüber den bekannten durchbrochenen Rippen erzielt wird. Die graphische Darstellung veranschaulicht die Matrixtiefe Md (als Ordinate), die zur Erzielung einer vorgegebenen Wärmeübertragung erforderlich ist, in Abhängigkeit von dem Matrixdruckabfall Mr. Die Kurve A zeigt den Verlauf bei einer konventionellen, die Kurve B im Vergleich hierzu bei einer Matrix mit der in Fig. 5 gegebenen Leistenform.In Fig. 6, the improvement is shown graphically, which by the strip design according to FIG. 5 compared to the known perforated ribs is achieved. The graph shows the matrix depth Md (as Ordinate), which is necessary to achieve a given heat transfer, as a function of the matrix pressure drop Mr. Curve A shows the course at a conventional one, curve B in comparison with a matrix with the in Fig. 5 given last shape.

Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen sind insbesondere geeignet in Fällen, in denen das zwischen den Rippen strömende Fluid Luft ist. Die vorliegende Erfindung kann aber auch auf Wärmeaustauscher Anwendung finden, bei denen andere gasförmige oder flüssige Fluide verwendet werden. Um eine Anpassung an die Eigenschaften der verschiedenen in Wärmeaustauschern verwendeten Fluide zu erreichen, ist es notwendig, die Höhe der Leisten in einem Bereich von 0,005" bis 0,040" zu variieren. Bei den Leistenformen der Figuren 2a, 2b, 3a, 3b und 5a, 5b erstrecken sich die Leistenbreiten über einen Bereich von 0,010" bis 0,080", während die Abstände der Leisten im Bereich von 0,010" - 0,400" liegen.The embodiments according to the invention described are in particular suitable in cases where the fluid flowing between the ribs is air. The present However, the invention can also be applied to heat exchangers where others gaseous or liquid fluids can be used. To adapt to the properties of the various fluids used in heat exchangers, it is necessary to the height of the ledges can be varied in a range from 0.005 "to 0.040". Both Last shapes of Figures 2a, 2b, 3a, 3b and 5a, 5b extend the width of the strips over a range of 0.010 "to 0.080" while the spacing of the ledges is in the range from 0.010 "- 0.400".

AnsprücheExpectations

Claims

Claims 1. 2 secondary heat exchanger, consisting of at least a tube for a fluid and a plurality of fins on the tube in thermal Contact to this are arranged, with another fluid between the in operation Ribs flowing through, characterized in that each rib (10) on at least one side with turbulence-promoting ones that run at regular intervals from one another Bars (12, 13, 14, 15) is provided, the height of which is in the range of 0.005 - 0.040 ".

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the strips (12, 13, 14, 15) run continuously.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the strips (12, 13, 14, 15) break off in front of the pipe or pipes.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the strips (12, 13, 14, 15) are arranged only on one side of the ribs.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the strips (12, 13, 14, 15) run on both sides of the ribs (10).

6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lists (12) have a rectangular shape.

7. Heat exchanger according to one of claims 1 - 5, characterized in that that the strips (15) are rounded triangular in shape.

8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the width of the strips (12, 15) is in a range of 0.010 " to 0.080 ".

9. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the distance between the lists (12, 15) is in a range that ranges from 0.010 "to 0.400".

10. Heat exchanger according to one of claims 1 - 5, characterized in that that the strips (13, 14) have the shape of saw teeth with inclined flanks (14) and Have surface areas (13) which run perpendicular to the plane of the rib.

11. Heat exchanger according to claim 10, characterized in that the strips (13, 14) form consecutive saw teeth, the inclined Flanks connect the vertical surface areas (13) to one another.

12. Heat exchanger according to claim 10 or 11, characterized in that that the inclination of the flank surfaces (14) relative to the plane of the rib (10) in one Range from 80 to 140.

13. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the strips (12, 13, 14, 15) extend transversely to the direction of flow of the fluid flowing through between the ribs extend.

14. Heat exchanger according to claim 13, characterized in that the ribs (12, 13, 14, 15) extend perpendicular to the direction of flow.